Геотехнический расчет устойчивости земляного полотна при строительстве подъезда к ВСМ на торфяном основании
geotexnik.ru

Геотехнический расчет устойчивости земляного полотна при строительстве подъезда к ВСМ на торфяном основании

Заключение в проекте строительства высокоскоростной железнодорожной магистрали
Какая задача стояла перед инженером?

Проект строительства предусматривает возведение земляного полотна на участке со слабым основанием, представленным торфом сильноразложившимся. Требуется оценить устойчивость и спрогнозировать вероятные деформации насыпи. При этом стоит принять во внимание неоднородность инженерно-геологических условий, высокий уровень грунтовых вод и вероятность подтопления.

Заключение разработано на основе геотехнического расчета общей устойчивости земляного полотна и прогноза деформаций 4-х вариантов конструкции насыпи.

Расчетные варианты конструкции насыпи и геологические условия

1) типовой, без укрепительных мероприятий, с выторфовкой 0,5м;

2) 1-й вариант укрепления – устройство закрытой обоймы высотой 1м в нижней части насыпи (без выторфовки) из геосинтетического материала, выполняющего комбинированную функцию армирования и разделения, а именно: тканого геотекстиля с прочностью в продольном и поперечном направлении 80кН/м.

3) 2-й вариант укрепления – устройство закрытой обоймы высотой 1 м в нижней части насыпи (без выторфовки) из тканого геотекстиля с прочностью в продольном и поперечном направлении 80 кН/м в виде геоплатформы (с использованием объемной георешетки (геоячеек) высотой 20см в основании);

4) 3-й вариант укрепления – устройство закрытой обоймы высотой 1 м в нижней части насыпи (без выторфовки) из тканого геотекстиля с прочностью в продольном и поперечном направлении 80кН/м на основании из геосвай (песчаные сваи в геотекстильной оболочке из тканого геотекстиля с прочностью в продольном и поперечном направлении 40 кН/м, диаметром 0,6 м с шагом 1 м).

Дополнительно во всех вариантах рекомендуется укрепление дна и откосов боковых канав объемной георешеткой (геочейками) высотой 15 см с заполнением песчано-гравийной смесью (щебнем, камнем) до уровня дневной поверхности, выше – растительным грунтом.

Для моделирования насыпи и грунтового основания принят типовой поперечный профиль для насыпи высотой до 2м на слабых грунтах. Ширина земляного полотна (из песка I класса по ГОСТ 8736-2014 с Кф=2м3/сутки) поверху – 10м, высота – 2,0м, с заложением откосов 1:3. Ширина проезда – 7м. Уровень грунтовых вод – в 0,8м от поверхности. Наименование, мощность и границы грунтовых слоев в основании приняты по скважине:

1) ИГЭ№1. Торф коричневый, темно-коричневый, средней влажности, с глубины 0,8м – избыточно влажный, сильноразложившийся – 4,8м;

2) ИГЭ№2. Глина серая, легкая, мягкопластичная, с примесью органических веществ– 1,2м;

3) ИГЭ№3. Песок 1 мелкий серый, водонасыщенный, глинистый, с прослоями глины мягкопластичной, средней влажности – 2,0м;

4) ИГЭ№4. Песок 2 мелкий желтый, водонасыщенный, с включениями до 10% дресвы, средней плотности – 4,6м;

5) ИГЭ№5. Глина серая, полутвердая, с прослоями песка мелкого водонасыщенного и алевролита – 7,4м.
Характеристики грунтов
Характеристики грунтов
Геотехнический расчет устойчивости и деформаций насыпи

Численный анализ деформаций и устойчивости насыпи выполнен при помощи программного комплекса геотехнических расчетов PLAXІS 2D по методу конечных элементов (МКЭ).

Применение численных методов расчета (МКЭ) регламентируется такими документами как: СП 16.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» (Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003) и ОДМ 218.2.006-2010 Рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог.

При создании геометрической модели грунтовый массив разбивается на сеть 15 узловых треугольных изопараметрических конечных элементов, в которых перемещения определяются во всех узлах, а напряжения (вычисляются по методу К.Терцаги) – в 12 точках. Расчет больших деформаций модели с учетом изменения узловых координат ведется в обновляемой сети элементов (на каждом шаге нагружения, по мере выполнения вычислений) по методу, известном как «модифицированная формулировка Лагранжа» (Updated Lagrangian Formulation) (Bathe, 1982) с возможностью оперативного перерасчета давления вод (учитывается снижение эффективного веса грунтов в воде (или ниже УГВ) и изменение их объема).

Грунтовая модель в данном расчете – упругопластическая, Кулона-Мора.

Высотные отметки и масштаб в модели реальные, приняты с предоставленных поперечных профилей, масштаб на диаграммах изополей деформаций также 1 : 1.

Геотехнические расчеты проводились в соответствии с положениями «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)» и ОДМ 218.5.003-2010. В соответствии с п. 8а вышеуказанного ОДМ требуемая степень консолидации UТР (в рассматриваемом случае – 90%) при расчете сроков консолидации армированной насыпи может быть снижена до значения 0,9хUТР, с геоплатформой - 0,84хUТР. Транспортная нагрузка, учитываемая в расчетах – 45 кН/м2, принята по ГОСТ Р 52748-2007 «Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения».

Согласно п.3.38 «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)» требуемый коэффициент устойчивости определен 1,32.
 Модель осадки насыпи без укрепления в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Модель осадки насыпи без укрепления в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Осадка насыпи без укрепления после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Осадка насыпи без укрепления после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Модель осадки армонасыпи (вар.1) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Модель осадки армонасыпи (вар.1) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Осадка армонасыпи (вар.1) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Осадка армонасыпи (вар.1) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Модель осадки армонасыпи (вар.2) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Модель осадки армонасыпи (вар.2) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Осадка армонасыпи (вар.2) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Осадка армонасыпи (вар.2) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Модель осадки армонасыпи (вар.3) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Модель осадки армонасыпи (вар.3) в виде сети конечных элементов (шкала в метрах)
Осадка армонасыпи (вар.3) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Осадка армонасыпи (вар.3) после полной консолидации в виде изополей суммарных деформаций (мм)
Графики коэффициентов устойчивости расчетных конструкций

Заключение по результатам геотехнического расчета

Расчетный анализ устойчивости и прогноз осадки насыпи без укрепления и с армированием ткаными геоматериалами выявил следующие аспекты:

Ø Требуемая устойчивость насыпи обеспечена, Куст =1,0 < 1,32;

Ø Устойчивость армированной насыпи соответствует требуемой, Куст = 1,4÷1,9> 1,32;

Ø Максимальная осадка насыпи без укрепления составит 84,5см (по оси проезда), с армированием – 34÷65см, равномернее распределяется по основанию;

Ø Без укрепления насыпи период консолидации составит 85 дней, с вариантом армирования1 – 58дней, 2 – 48 дней, 3 – 45 дней соответственно.

Ø Технологичность и срок службы армированной конструкции возрастает в сравнении с традиционными методами строительства.

Применение объёмной георешетки по слою геоткани (в виде геоплатформы) дополнительно увеличит жесткость и сдвигоустойчивость основания насыпи, равномернее распределится нагрузка на слабый неоднородный грунт под ней, что повысит надежность и срок службы.

GEOTEXNIK.RU - детальные геотехнические расчеты с заключением для любых форм рельефа

Made on
Tilda